Жұлдыз жаралған

Сутегі және гелий Үлкен жарылыс қалдықтары болып табылады; «кір» 1% жұлдыздарының өздері шыққан және біз өзін-өзі байыту осы қызықты бит талқылайды  кейінірек. Термин «Үлкен жарылыс» бастапқыда апокалипсические ғарыштық жарылыс құмарпаз сенетін болған жоқ Британия астрономы Фред Хойл арқылы высмеивания мерзімге ретінде ойлап. Алайда, ол тұрып және Әлемнің барлық бұқаралық және энергетикалық бастапқыда кванттық ауытқулардың 10 жарылды деп идеясына негізделген космологиялық теориялар тұтас жиынтығы бойынша мақтан аты болды, сондықтан сипаттама 10³⁰  Протон кішірек рет. Ғарыштық микротолқынды қолданбай Соңғы дәлдіктегі жұмыс 13,7 млрд жыл бұрын Үлкен Жарылысты орналастырады. Сутегі және гелий изотоптар байқалады тұрде таралу² жұлдызаралық бұлт мұқият изотоптары Үлкен жарылыс келесі бірнеше сағат құрылды тиіс, және келісім өте әсерлі болып табылатын есептеу салыстырғанда болды. Бұл, шын мәнінде, Үлкен жарылыс сутегі және гелийден басқа мөлшерде кез келген элементтерін өндірілген болуы мүмкін емес еді, сондай-ақ Үлкен жарылыс өзі үшін қуатты тексеру қамтамасыз дәлелдейді.

Үлкен жарылыс жинақталатын бастапқы сутегі және гелийден көпшілігі бұрыннан жұлдыз қалыптасты. Құс жолы галактикасы осы нүктесінде бәлкім 10% газ және 90% жұлдыздарының тұрады. Алайда, галактикадан 10% шамамен 30 млрд Санс жасауға жеткілікті, әлі күнге дейін газ көп, сондықтан бізге сақтауға арналған жаңа туған жұлдыздар жоқ жетіспейді. (Қараңыз плита 5 жұлдызды-қалыптастыру бұлттарда қосымша ақпарат алу үшін.) Ал жұлдыз талқылау кезінде әдеттегідей, бірінші мәселе: олар ауырлық қысаң ретінде бұлттылық өзін ұстай қалай?

Бұл жағдайда біз ультрафильді емес, өте сирек кездесетін саладамыз. Атомдар жұлдызаралық бұлтта бір-бірінен айырмашылығы бар, олар бастапқы кезеңдерде бір-бірімен сирек кездеседі. Сіз бұлтты бұлт орталығына келетін жаңбыр тамшылары сияқты әрекет ете аласыз. Жердегі жаңбыр тамшылары сияқты, олар құлаған сайын жылдамдықты көтереді. Бұл кинетикалық энергиялар, кейінірек, жұлдызаралық бұлттың біртіндеп қысқарып, бір-біріне соқтығысып, жылу түріне айналады. (Егер сізде автомеханикамен таныс болсаңыз, қыздыру әсері дизельді қозғалтқыштың поршенді ішінде сығымдау циклінде орын алатын нәрсеге өте параллельді). қалған бөлігі прото-жұлдыз ішіне түсіп қалады. Төгілген кезде газдың бұлтты температурасы әдетте өте суық, тек бірнеше градус Кельвин (шамамен -450 F°) болып табылады және бұл бастапқыда бірнеше жарық жыл болады. Ақыр соңында ол радиусты бірнеше миллион шақырымға қысқартады – көлемі 10¹⁸ есе қысқарады, ал оның бетінің температурасы 4000 К° текше метрге жетеді. Оның ядросындағы температура, әдетте, 10 млн. К°

Жаңа туған жұлдызды осылайша өте ыстық, жарқын объект болып табылады – планеталар мәнi бойынша олардың ата-аналық жұлдыздарының бірдей құлап жұлдызаралық заттар дүниеге себебі біздің Күн жүйесінде планеталар, бір рет уақыт бойынша, былайша айтқанда. Жаңа туған жұлдыздар мен планеталар арасындағы айырмашылық мынада: ол қалыптастырады кейін планета ғана остывает, бірақ жұлдызды оның өзегіне ушығуы температура мен қысым ядролық реакциялар тұтануы соншалықты жаппай болып табылады, және ол басталады өндіретін энергия.

Жұлдыздың энергия көзі
анықтау бойынша, жұлдызды ядролық синтез арқылы «Бернс» сутегі деп объект болып табылады. Ядролық энергияны азат бұл соқпақ т.б., электр суасты қайықтарына адамдардың пайдаланылатын айырмашылығы, және. Біз ядролық бөлу пайдаланыңыз. Бөлу, тарату жолымен мұндай уран немесе плутоний (элементтері № 92 және № 94) ретінде элементтердің периодтық кесте соңында үлкен, штаты, радиоактивті ядролардың, артықшылығын алады. Ядролық бөлу көрсетілген  2-сурет. Ауыр ядролардың бөлінген (немесе талқандады) осындай барий немесе криптон ретінде жеңіл ядролардың ішіне кезде, олар сөзбе энергия үлкен сомасын ымырашыл, жарылуы. Бөлу ядролық-энергетикалық, тарату жолымен жарылғыш химиялық заттар бар ыдысын тас-талқанын бірнеше ұқсас болып табылады.

Ядролық синтездеу дәл қарсы бағытта жұмыс істейді: Периодтық кестенің басында өте жеңіл және өте тұрақты ядролар ядролық ыдыраудан гөрі энергияны босатуды қамтамасыз ететін аса ауыр ядроларға біріктіріледі. Көптеген жұлдыздар сияқты, Күн өте жеңіл элементті, сутегі, екінші жеңіл, гелийге сақтайды. Сутегі бір атомдық салмаққа ие, ал гелия төрт атомдық салмаққа ие, сондықтан бір гелий ядросын жасау үшін төрт сутек ядросын біріктіру керек. Бұл қалай жүзеге асады? Бір уақытта сол жерде төрт гидрогенді соқтыратын сутегі пойызының қасіреті бар ма?

Дәл емес. Бұл өте мүмкін емес еді. Сутегі фьюзиясы келесі кезеңдерде жүреді:

1-қадам)   Екі протон, сутегі ядроларының ака, соқтығысып. Ол екі протондар бір-бірімен сақтандырғыш үшін (олардың электр отталкивание тым үлкен болып табылады) мүмкін емес жүреді, бірақ алаңдатты емес. Енді содан кейін, соқтығысу протондар айыра алады бұрын, ядролық күштер³  себебі нейтрон айналдырмай протондар бір! Мен (алдыңғы бөлімінде) Жоғарыда айтылғандай, протон мен нейтрон өз кванттық күйі бар. Қандай Мен саған айтқан жоқ Протон мен нейтрон екенін бар кванттық мемлекеттер, сондықтан жеке басын ауыстыра аласыз! Жоқ обманывают⁴. Соқтығысу нәтижесінде ядро осылайша Протон-нейтронды жұп болып табылады. Бұл сутегі-2 деп аталатын елді мекен үшін сутегі изотопының, бірақ физика әдетте дейтерий деп атайды. Символдар, онда р Протон білдіреді және N нейтрон білдіреді, реакция болып табылады:  p + p —> np + энергия + (мұнда бізді қатысы жоқ, нейтрино деп аталатын басқа да бөлшектер; Мен оларды кейінірек талқылайды).

2-қадам)   Протон дейтерий тап. Ол бізге + 1 нейтронды = гелий-3 2 протон беріп, жабысып қалады. Символдар:
np + p —> ppn + энергия.

3-қадам)   Екі гелий-3 соқтығу. Нәтижесінде отты шар жылы гелий-3 ядролар бір гелий-4 және екі протон өздерін дұрыстауға Символдар:  ppn + ppn —> pnpn + p + p + энергия. Гелий-3 протон бекітілмейді неғұрлым ықтимал үшінші қадам көрінуі мүмкін, бірақ бұл құру еді ppn + p —> pppn литий-4, емес, гелий-4. Литий-4, ол жасалғанға дейін ол іс жүзінде ыдырап соншалықты тұрақсыз, осылайша бұл реакция жолы Күннің энергетикалық шығару іс жүзінде ештеңе ықпал етеді.

Таза нәтиже төрт сутегі бір гелий айналды болып табылады. Бұл үш сатылы процесс деп аталады p-p шынжыр, және жоғарыда көрсетілген. Бұл ең жұлдыздарының үшін негізгі энергия көзі болып табылады.

Неліктен сұрақ қоюы мүмкін ConEd, АҚШ теңіз флоты және т.б. ядролық бөлінуді емес, ядролық синтезді қолдана отырып, мынаны ескере отырып: 1) көбірек энергияны шығарады, 2) сұйылтқышты күйдіреді = H₂O = судың суы сирек, қымбат, радиоизотоптар пайдаланса, 3) сутектің біріктіруі реакция өнімі радиоактивті емес болғандықтан, бөлінуден гөрі әлдеқайда аз радиоактивті қалдықтар шығарады, 4) фьюжер процестері бөліну секілді «бұзылған» жазатайым оқиғаларға ие болмайды.

Қарапайым жауап термоядролық бастамашылық қорқынышты қиын болып табылады. Бөлінудің бар, барлығы бір қажеттіліктерін өзінде (яғни, радиоактивті) тұрақсыз бір ядросы болып табылады, және көрсетілгендей, содан кейін сіз жеделдету нейтрон бастап кран оны «тас-талқан» болады 2-сурет. Нейтрондар осылайша кез келген Атом жақындап оларды тоқтату үшін ештеңе жоқ, ешқандай электр зарядын бар. Балқу көмегімен сіз барлық, жеңіл тұрақты және нашар болып ядролар, оң зарядталған алып, бірге келіп, оларды сендіру керек. Ядролар Электростатикалық қатыгездікпен бір-бірімен тойтарыс, және одан тығыз олар тойтарыс астам қатал, бірге келеді. (Қараңыз пластинаны 6 суретін.) ядролық күштер өте қысқа ауқымдарды бар болғандықтан, олар тек электростатикалық отталкивания болады және ядро-біріне үстіне сөзбе кезде синтез бастамашылық. Сіз одан кез келген энергиясын алу кез келген үміт бар, бұрын Еріту газ сондықтан осындай жақын көзқарас жасауға тамаша жылдамдықпен қозғалатын тиіс атомдары, яғни, газ тамаша температура мен қысым көтерілген болуы тиіс.

Қазіргі уақытта бізде сутектің біріктіруін бастаудың жалғыз жолы – ядролық бөлінуді қолдану: «сутегі» деп аталатын бомба плутоний бомбасының жарылысын сутектік изотоптар дутериумының және тритийдің бақыланбайтын қосындысын жандандыруға пайдаланады. Біз біріктіруді бақылап отыра алмаймыз, бірақ соңғы 40 жылда тақырып бойынша көп зерттеулер жүргізілді. Күн осы проблемаларды шешеді және сутегімен оның таза, басым бөлігі арқылы қорғайды. Оның ортасында қысым газды ондаған қорытпа тығыздығына дейін қысады. Температура 15 млн. K°.

Дегенмен, сол сандар сияқты шектен ретінде, олар әлі де жандыру үшін жеткілікті үлкен емес жылдам сутегі синтез. Шын мәнінде, олар барлық уақытта кез келген сутегі термоядролық жандыру үшін жеткілікті әрең үлкен! Күн 4,5 млрд жыл бойы жарқырап келеді: Сіз сондай-ақ Күн болып табылады, және мен осы білдіреді қалай жарқын берілген, «әрең» Мен нені білгім мүмкін⁵  әлі ол оның сутегі отын 5% ғана жанып кеткен! Егер сіз машинаны жүріп, бірақ тек кейбір түтін қашып мүмкіндік күн сайын бір секунд газ қақпағын ашты ешқашан болсаңыз, жылдам Күн қарағанда сіздің отын пайдаланып болуы келеді. Ол қатты синтез жету үшін. Менің айтайын дегенім суреттейді кейбір сандар:

A)  Күннің жарқындық (жалпы қуаты) 3.86 X 10²³  квт. Қазіргі жаһандық тұтыну деңгейде, ол бiр секунд Күннің өндірілген энергияны пайдалану 792.000 жыл әлемдегі халық алып еді. Астрономдар L_o ретінде билік осы соманы жәйттерді, немесе бір күн жарық.

B)  Сутегі бір килограмм (екі фунт, 3 унция ядролық синтез өндірілген энергия) 177,720,000 киловатт-сағат (!!) болып табылады. Бұл 3000 жылға арналған орташа американдық үй іске қосу үшін жеткілікті электр білдіреді.

C)  603 млрд: сутегі (B) бір килограмм энергия кірістілік күн жарқылын (A) ара-жігін ажырату сутегі килограмм күнді энерго әрбір екінші көмілуге тиіс қанша бізге айтады. Бұл көп тоннажы шахтаға, сіз тәулігіне, 1000 фут тереңдікте Иллинойс бүкіл мемлекет қазба қажет еді. Шамамен.

D)  Күннің бұқаралық 1.99 X 10³⁰  Жер килограмм = 332.900 есе бұқаралық. (C) есептелген 603 млрд килограмм осы бөлу бізге әрбір екінші өртеп жатыр Күннің фракциясын береді: 3 X 10^-19. Бұл келесі 1000 жылға бүкіл әлемнің жалпы экономикалық өнімге бір тиын салыстырғанда бірдей қатынасы туралы. Осылайша, біз Күн Ғажабы оның өлшеміне қатысты, (шамамен) жоқ отын сонша энергиясын шығаратын және әлі жағып қалай басқаратынын қараңыз. Оның үлкен бұқаралық секундына жарылуы H-бомба миллиондаған эквиваленті жағу сутегі тіпті наноскопиялық пайыздық аударады.

Осылайша, күн секілді жұлдыздар гравитацияның асықсыз күшін ұстап алу үшін өте қызған газдардың қысымын пайдаланады. Тіпті жақсы және көңілді (егер сіз астроном болсаңыз), газдардың жылу көзі – табиғи ядролық реактор. Бұл дегеніміз, жұлдыздар планеталардан гөрі күштірек және динамикалық болып табылады, және келесі бөлімде біз осыған байланысты кейбір жайттарды қарастырамыз.

2 – Изотоптар протондар саны бірдей (олар бірдей элемент бар), бірақ нейтрондар саны әр түрлі ядролардың болып табылады. Изотоптар элемент атына бірқатар қою арқылы белгіленеді: яғни, көміртек-14, 14 протон плюс нейтрондар саны 14. Сутегі тең дегенді білдіреді ерекшелік болып табылады: сутегі-2 деп аталады дейтерий, және сутегі-3 деп аталады тритий.

Плита 5

3 – «күшті» және «әлсіз» деп есептелген екі ядролық держава бар, өйткені күшті екіншісінен миллиардтаған қуатты. Гравитациядан немесе электромагнетизмнен айырмашылығы ядролық күштердің ауқымы ядролық қашықтықтармен күрт шектеледі, бірақ ядро шекарасында күшті күш кез келгеніне қарағанда әлдеқайда күшті. Күшті күш ядролық реакциялардың үлкен күші үшін жауап береді; әлсіз күш әлдеқайда нәзік және радиоактивті ыдыраудың бірнеше түрлеріне жауапты.

4 – Кварки қосалқы ядролық Басқаларының арасындағы, қалыптастыру бөлшектер, протондар мен нейтрондардың болып табылады. Кварки актерлер костюмдер өзгерту сияқты, жеке басын алмасуға өте қуаныштымыз, және энергия жетіспеушілігі тыйым салынған жағдайларды қоспағанда, ауытқу кезінде мұны болады. Нүктесінде жағдай, протонды ғана комбинациясы болып табылады кварками ол жеңіл (кем дегенде энергетикалық) екенін қарапайым себеппен, тегін бөлшектердің ретінде тұрақты кварк мүмкін комбинациясы. Бастап кварков энергетикалық қосылады, егер әр түрлі комбинациясын қалыптастыру мүмкін емес, ол күштеп соқтығысу тартылған жағдайларды қоспағанда, протонды өзгерту мүмкін емес. Fusion бастамашылық кейін, алайда, кварки өзгерте аласыз, және, осылайша, ол кенеттен нейтрон болуға Протон мүмкін.

Плита 6

5 – Егер сіз бұл санның қай жерден шыққанын білгіңіз келсе, ол астрофизикалық теориядан, геофизикалық көзқарастардан анықталған Жердің жасына және ең мықты метеориттердің радиоактивті уақытынан бастап анықталған.